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融合NB-IOT的低轨卫星物联网随机接入研究

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天地一体化信息网络 2021年第4期2卷 34-42页

作者：刘昊东郑重王闻今尤力高西奇东南大学信息科学与工程学院中国空间技术研究院

窄带物联网技术被广泛应用于海量低速率和低功耗设备的数据通信,但其受制于地面网络的覆盖范围,无法为偏远地区提供服务。低轨卫星星座具有支持全球覆盖的特点,可以补充和扩展地面NB-IOT基础设施,这为天基物联网提供一种有效解决方案。... 详细信息

窄带物联网技术被广泛应用于海量低速率和低功耗设备的数据通信,但其受制于地面网络的覆盖范围,无法为偏远地区提供服务。低轨卫星星座具有支持全球覆盖的特点,可以补充和扩展地面NB-IOT基础设施,这为天基物联网提供一种有效解决方案。面向天基物联网应用需求,在回顾NB-IOT系统体系架构的基础上,分析融合NB-IOT技术的低轨卫星物联网所面临的信道环境高动态时延和频偏等挑战。针对上行随机接入过程,设计有效的用户检测与定时同步方法,该方法具有高性能、低复杂度等优点,能有效解决融合NB-IOT的低轨卫星物联网中的高效随机接入问题。

关键词： NB-IOT 低轨卫星随机接入定时同步

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基于NB-IOT的环境监测系统

实验技术与管理 2020年第5期37卷 89-93,110页

作者：聂珲陈海峰周豪西安邮电大学电子工程学院陕西西安710121

为了更进一步提高无线环境监测系统的性能,以NB-IOT传输技术和传感器技术为核心技术,设计出广覆盖、低功耗的环境监测系统。该系统以STM32F103C8T6嵌入式芯片为主控制器;感知层通过传感器采集温湿度及甲醛、粉尘、TVOC含量等环境数据;... 详细信息

为了更进一步提高无线环境监测系统的性能,以NB-IOT传输技术和传感器技术为核心技术,设计出广覆盖、低功耗的环境监测系统。该系统以STM32F103C8T6嵌入式芯片为主控制器;感知层通过传感器采集温湿度及甲醛、粉尘、TVOC含量等环境数据;传输层使用中移物联M5310A模块将感知层数据输出到平台层(OneNET云平台);应用层使用手机APP实时观看监测数据。优化系统软硬件后,环境监测系统能够稳定运行,实时准确采集和上传相关环境数据,方便用户远程监测,为环境监测提供有力保障。

关键词：环境监测 NB-IOT 传感器 OneNET云平台实时监测远程监控

基于NB-IOT协议的5G基站空调自动控制系统

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现代机械 2023年第2期 7-12页

作者：李岱泽熊树生何根平浙江大学浙江杭州310012 龙泉产业创新研究院浙江丽水323700 浙江鸿通智能科技有限公司浙江丽水323700

因特殊工况要求,5G基站的空调设备多常年开启以维持基站内的正常工作温度,从而保障主通讯设备的正常运行。据统计,移动通信基站中空调设备能耗约占总能耗的46%,5G基站空调的高能耗问题亟待解决。本文基于NB-IOT(Narrow Band Internet of... 详细信息

因特殊工况要求,5G基站的空调设备多常年开启以维持基站内的正常工作温度,从而保障主通讯设备的正常运行。据统计,移动通信基站中空调设备能耗约占总能耗的46%,5G基站空调的高能耗问题亟待解决。本文基于NB-IOT(Narrow Band Internet of Things,窄带物联网)技术设计了远程控制系统,实现了对5G基站空调的实时监控和运维;再通过设计智能温控系统,利用室内温度与室内外温差双参数决策、PID控制来实现5G基站空调的智能调节。通过Simulink仿真与实验测试验证了控制系统的有效性。

关键词： 5G基站空调 NB-IOT 远程控制系统智能温控系统 PID Simulink

针对NB-IOT能耗优化的网络测量与自适应接入机制研究

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针对NB-IoT能耗优化的网络测量与自适应接入机制研究

作者：张相会南京航空航天大学

学位级别：硕士

窄带物联网(Narrow Band Internet of Things,NB-IOT)技术是由3GPP提出的一种新型低功耗广域网物联网技术,属于移动蜂窝网络接入技术的范畴,它同时拥有低功耗、大连接、广覆盖以及低成本等特点。NB-IOT能够在短短几年时间内得到如此迅... 详细信息

窄带物联网(Narrow Band Internet of Things,NB-IOT)技术是由3GPP提出的一种新型低功耗广域网物联网技术,属于移动蜂窝网络接入技术的范畴,它同时拥有低功耗、大连接、广覆盖以及低成本等特点。NB-IOT能够在短短几年时间内得到如此迅速的发展,其超低的终端模组能耗绝对是最主要的原因之一,诸如NB-IOT在远程抄表、智能水务以及共享单车等多种应用场景下的实现,都充分体现了其低功耗的特性。然而在真实应用场景下,NB-IOT模组的能耗表现却并未得到细致的刻画,而且那些在NB-IOT技术中新提出的技术手段与其模组能耗之间的关系,也并未得到深入的理解。因此能够严格量化NB-IOT网络技术在真实场景下的能耗性能,并细致地揭示模组在工作过程中各技术手段实现机制与其性能表现之间的内在联系,就显得尤为重要。本文的主要工作为:(1)首先设计和开发了能耗测试平台,包括软件实现和硬件搭建两个主要部分。紧接着本文借助该平台开展了一系列小规模、高精度的NB-IOT模组能耗测试实验,通过对相应实验结果的进一步分析,本文发现NB-IOT协议中全新实现的半静态链路自适应机制,即增强的覆盖等级(Enhanced Coverage Level,ECL)和模组的能耗密切相关,具体表现为随着所处ECL的不断升高,模组的能耗也逐步增加。进一步,通过得到实际应用场景下模组的ECL分布,便能相应地刻画出NB-IOT模组在这些场景中的具体能耗表现。为此,本文借助自主开发的大规模测试节点,在中国不同城市的多处NB-IOT典型应用场景下,进行了长时间的区域性测试。通过对大规模测试实验数据的分析,首先展示了在当前部署条件下,这些典型应用场景中的ECL表现,其次揭示了在网络接入过程中由于模组对参考信号(Narrow-Band Reference Signal,NRS)测量结果的利用不充分,而导致模组能耗次优的ECL选择机制,同时也发现了一种由于信号波动而导致模组短暂使用更大代价来进行数据传输,并最终造成不必要能耗浪费的现象。(2)为了改善在大规模测试中发现的两个问题对NB-IOT能耗造成的次优影响,本文提出了一种在模组端实现的自适应接入机制。该机制主要依靠对NRS测量结果的时间序列预测和推迟数据发送两个主要思想,做到了对NB-IOT上行接入时机的自适应控制,并且利用大规模测试的真实测量数据,对自适应方法做了全面的评估,最终验证了其可行性和有效性。

关键词： NB-IOT ECL 能量消耗网络接入时间序列预测自适应方法

NB-IOT下行信道估计算法研究与硬件实现

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NB-IoT下行信道估计算法研究与硬件实现

作者：王孝牛华南理工大学

学位级别：硕士

当今的移动通信仍在快速变革,窄带物联网(Narrow Band Internet of Things,nbiot)低功耗、广覆盖的特点让其在众多传统领域产生广阔的应用场景。由于NB-IOT典型的工作信噪比小于0d B且它简化的物理信道等原因,现有的广泛用于OFDM(Orthog... 详细信息

当今的移动通信仍在快速变革,窄带物联网(Narrow Band Internet of Things,nbiot)低功耗、广覆盖的特点让其在众多传统领域产生广阔的应用场景。由于NB-IOT典型的工作信噪比小于0d B且它简化的物理信道等原因,现有的广泛用于OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)系统的信道估计器不能直接适用,因此研究一种在NB-IOT系统中有较好性能且复杂度较低的信道估计算法尤为重要。本文从NB-IOT的物理层出发,分析了无线信道模型对信道传输的影响,通过对nbiot下行链路的设计,研究了导频位置的信道估计算法和时域方向的内插算法。综合考虑硬件实现的复杂度和系统性能,提出了一种信道估计改进算法IA＿LMMSE(Improved Algorithm for LMMSE)的方案。基于该方案,以Xilinx的FPGA开发板为硬件平台,采用Verilog硬件描述语言对算法进行了硬件实现。针对信道估计算法的性能方面,研究了经典的信道估计算法并提出改进的基于参数估计的LMMSE(Linear Minimum Mean Square Error)算法,利用导频的频域自相关计算均方根时延,从而降低了传统LMMSE算法的复杂度。为了进一步提高算法性能,在频域方向处提出了两种模式帧间滤波的方法,时域方向上提出帧间的线性插值法,比其他插值算法具有低复杂度和更好的性能。针对信道估计算法的硬件实现方面,为了降低硬件实现的复杂度,将导频生成信号和LMMSE算法的系数值以查找表方式取出,且通过对系数矩阵的研究,利用系数矩阵存在的部分对称性将存储降低44%;为了降低资源使用率和运算的时延,对参数估计模块中的除法器进行了分时复用的设计和在时域插值模块中采用两级流水线。最后,基于Matlab和Vivado对NB-IOT信道估计改进算法实现了系统的功能仿真与性能测试。结果表明提出的IA＿LMMSE信道估计算法比最小二乘法(Least Square,LS)估计算法误码率有8d B的性能提升,且提出的帧间迭代的滤波方法在低信噪比下效果更好,并可用于其他移动通信系统中。硬件实现方面,1个子帧完成信道估计消耗的时间为0.01ms,在FPGA上的各项利用资源均在10%以下,满足应用需求。

关键词： NB-IOT 信道估计 LMMSE FPGA

NB-IOT对LTE系统干扰的消除方法研究

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NB-IoT对LTE系统干扰的消除方法研究

作者：顾珩南京邮电大学

学位级别：硕士

由于频谱的稀缺,许多现有的、新兴的通信系统彼此部署的距离非常靠近,甚至发生频谱重叠,这无疑将导致两个系统之间强烈的干扰。窄带物联网(nb-Io T)是一种适用于大规模机器类型通信的5G技术,其带宽远远小于长期演进系统(LTE)的带宽,因此... 详细信息

由于频谱的稀缺,许多现有的、新兴的通信系统彼此部署的距离非常靠近,甚至发生频谱重叠,这无疑将导致两个系统之间强烈的干扰。窄带物联网(nb-Io T)是一种适用于大规模机器类型通信的5G技术,其带宽远远小于长期演进系统(LTE)的带宽,因此nb-Io T对LTE的干扰可以视为某种窄带干扰(nbI)。为了异构网络的和谐共存,必须消除或减轻nbI的影响。本文的研究主要集中在提出一些方法来消除nbI,具体内容如下:首先,为了得到nbI的块稀疏向量提出了两种基于块稀疏贝叶斯学习(BSBL)的算法:分区估计块稀疏贝叶斯学习(PE-BSBL)和信息块稀疏贝叶斯学习(I-BSBL),这两种算法最大的区别在于I-BSBL不需要预先估计块划分。其次,本文提出了一种新颖的基于稀疏机器学习的框架和稀疏组合优化问题—稀疏相对熵最小化,用于精确消除nbI。该算法通过非零向量集合分布与残留误差范数求出相对熵,并使用梯度下降法导出相对熵的最小值来解决稀疏组合优化问题。仿真结果表明,本文提出的算法在消除nbI的干扰方面是有效的。此外,与传统的基于压缩感知(CS)的算法相比,本文提出的算法在均方误差和恢复概率这两方面表现更加出色,且能在有限的测量数据基础上以较大的稀疏水平精确的消除窄带干扰。

关键词：窄带干扰块稀疏贝叶斯学习相对熵 LTE NB-IOT

基于云平台和NB-IOT的物联网监控系统开发

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基于云平台和NB-IoT的物联网监控系统开发

作者：孙万里浙江大学

学位级别：硕士

随着云计算和通信技术的发展,物联网在日常生活和生产中得到了广泛地应用,监控系统作为物联网的主要应用场景,开发一种低功耗连云、系统架构可靠的物联网监控系统来满足人们对设备运行智能化、远程化监控的需求具有强烈的现实意义。因此... 详细信息

随着云计算和通信技术的发展,物联网在日常生活和生产中得到了广泛地应用,监控系统作为物联网的主要应用场景,开发一种低功耗连云、系统架构可靠的物联网监控系统来满足人们对设备运行智能化、远程化监控的需求具有强烈的现实意义。因此,本文设计了基于物联网云平台和NB-IOT的物联网监控系统,对其开发进行了相关研究和设计,并以冷柜为研究对象,对系统的功能进行了实验验证。首先,本文从物联网的发展以及监控系统需求出发,设计了基于云平台的四层物联网监控系统架构,对其进行了逐层功能分析,并对主流物联网云平台进行了分析比较,提出了基于云平台开发在物联网应用体系架构上的优势。然后,针对物联网体系中的网络层进行了相关分析,对比了多种无线通信方式,根据需求采用了当前最适合终端嵌入式设备的NB-IOT通信方式作为物联网监控系统的联网方式,并在通信方式之上应用MQTT通信协议,完成数据传输。在对云服务技术进行了分析的基础上,设计了在云服务器上的物联网应用开发架构,采用前后端分离的方式开发了B/S物联网监控架构,实现了高稳定性和可靠性的用户监控界面。最后,开发了基于云平台和NB-IOT的智能冷柜监控系统,包括系统的终端硬件和程序设计、通信设计、云平台的配置、相关云服务和数据库的搭建与设计、前后端的程序设计等,并对各个单元和整体进行相关测试,从多个角度验证了基于云平台和NB-IOT的物联网监控系统的功能,体现了其在开发上的系统性与高效性、设备端通信的低功耗性以及应用端的高性能和使用的方便性。

关键词：物联网云平台 NB-IOT 云服务

基于NB-IOT的公共建筑用电监控系统设计与实现

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基于NB-IoT的公共建筑用电监控系统设计与实现

作者：田雨晴南京信息工程大学

学位级别：硕士

随着城市化进程的不断推进,我国公共建筑能耗随着面积的增加而大幅上涨。在这种背景下,目前市面上常见的公共建筑用电监控系统,大多采用智能电表配合总线的方式进行现场数据采集,存在布线工程量大、维护不便等问题。同时,一些现有建筑... 详细信息

随着城市化进程的不断推进,我国公共建筑能耗随着面积的增加而大幅上涨。在这种背景下,目前市面上常见的公共建筑用电监控系统,大多采用智能电表配合总线的方式进行现场数据采集,存在布线工程量大、维护不便等问题。同时,一些现有建筑用电监控系统对异常用电的行为不能进行有效的管控,无法及时排除安全隐患,并且容易造成电能的浪费,制定相关政策以及进一步推进公共建筑节能工作较为困难。本文在研究现有建筑用电监控系统的基础上,利用NB-IOT（Narrow Band Internet of Things,窄带物联网）技术,设计并实现一套公共建筑用电监控系统。本文的主要工作如下:（1）结合无线通信技术NB-IOT,设计了一种结构更简单、稳定性更高并且更容易部署的公共建筑用电监控系统。系统由无线监控网络和用电管理平台组成,其中无线监控网络包括监控节点和云平台两部分。（2）根据系统整体架构,搭建无线监控网络。完成监控节点的硬件设计,采用模块化的设计方式编写各部分程序,实现对节点所接负载的用电监测、显示与控制。基于MQTT协议,将节点的无线通信模块与云平台对接,实现无线监控网络的数据传输。（3）搭建用电管理平台,设计平台数据库与用户界面。利用云平台的服务端订阅功能和云端开发SDK,将用电管理平台与云平台对接,实现整个系统的数据传输,进而实现用电管理平台的实时数据显示、历史数据查询和指令下发的功能。（4）对本文设计的公共建筑用电监控系统进行整体测试,验证系统数据传输与各部分功能。结果表明,系统运行良好,数据能够稳定传输,系统功能达到了预期目的。

关键词： NB-IOT 建筑用电监控物联网技术

基于NB-IOT的燃气管道气密性检测仪设计

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仪器仪表用户 2023年第2期30卷 1-4,26页

作者：吴铁军辽宁思凯科技股份有限公司辽宁丹东118008

燃气管道属于压力输送管道,其介质是易燃易爆的有毒气体。在施工或维修后必须对管道进行气密性试验,以保证管道的安全运行。本文设计了一种基于NB-IOT的燃气管道气密性检测仪。系统可通过无线通信模块实现对管道各监测点的温度、压力等... 详细信息

燃气管道属于压力输送管道,其介质是易燃易爆的有毒气体。在施工或维修后必须对管道进行气密性试验,以保证管道的安全运行。本文设计了一种基于NB-IOT的燃气管道气密性检测仪。系统可通过无线通信模块实现对管道各监测点的温度、压力等数据的传输,实现对管道燃气各监测点工作状态的实时监控及远程控制。实验及测试结果表明,所设计的燃气管道气密性检测仪具有性能稳定、功耗低的优势。

关键词： NB-IOT 功耗低燃气管道实时监测